一種由細菌供電的紙電池

在世界偏遠地區或資源有限的地區，像電源插座和電池這樣的日常用品都是奢侈品。這些地區的醫護人員通常缺乏電力來為診斷設備供電，因為商用電池可能無法使用或太過昂貴。需要低成本且便攜的新電源。今天，研究人員報告了一種新型電池 - 由紙製成並以細菌為燃料 – 這種新型電池可以克服這些挑戰。

研究人員將於今天在第256屆美國化學學會（ACS）全國會議和博覽會上展示他們的成果。

研究人員利用細菌為這些紙質電池供電。（圖片來源：Seokheun Choi）

「紙張作為生物感測器的材料具有獨特的優勢，」正在參加會議的Seokheun（Sean）Choi博士說道，「它價格低廉，一次性，靈活，表面積大。但是，複雜的感測器需要電源。商業電池太浪費且昂貴，而且它們不能集成到紙質基材中。最好的解決方案是基於紙張的生物電池。」

研究人員之前已經開發出一次性紙質生物感測器，用於廉價和方便地診斷疾病和健康狀況，以及檢測環境中的污染物。許多此類設備依賴顏色變化來報告結果，但它們通常不是非常敏感。為了提高靈敏度，生物感測器需要電源。 Choi希望開發一種由細菌驅動的廉價紙電池，這種電池很容易被整合到這些一次性設備中。

因此Choi和他在紐約州立大學的同事Binghamton通過在紙張表面上印刷薄薄的金屬和其他材料來製造紙電池。然後，他們將冷凍乾燥的「產電菌」放在紙上。產電菌是一種特殊類型的細菌，可以將電子轉移到細胞外。當細菌為自身產生能量時產生的電子會穿過細胞膜。然後，它們可以與外部電極接觸並為電池供電。為了激活電池，研究人員添加了水或唾液。在幾分鐘內，液體使細菌復活，產生足夠的電子為發光二極體和計算器供電。

研究人員還研究了氧氣如何影響其設備的性能。氧氣很容易通過紙張，可以在細菌到達電極之前吸收細菌產生的電子。該研究團隊發現，雖然氧氣略微減少了發電量，但影響卻很小。這是因為細菌細胞緊緊附著在紙纖維上，在氧氣介入之前，紙纖維將電子迅速地轉移到陽極。

紙電池可以使用一次然後丟掉，目前的保質期約為四個月。 Choi正在研究改善凍干細菌的存活和性能，延長保質期。 Choi說：「對於大多數實際應用，功率性能也需要提高約1,000倍，」他指出，可以通過堆疊和連接多個紙電池來提高功率性能。Choi已申請電池專利，並正在尋求行業合作夥伴的商業化。

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